(57)【要約】【課題】始動電圧のオーバーシュートを抑制する放電ランプ点灯装置およびこの放電ランプ点灯装置を配設する照明器具を提供する。【解決手段】放電ランプ点灯装置１は、始動電圧印加時に、スイッチ素子ＦＥＴ３の特定位相における放電ランプ５の両端間電圧をランプ電圧検出回路６から入力して、共振回路４の共振周波数ｆ０の逆数（１／ｆ０）の１ないし６倍の時間範囲内に設定した一定時間毎に、入力した放電ランプ５の両端間電圧が目標値に近づくようにスイッチ素子ＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数を制御する制御回路７を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源回路と；
スイッチ素子を備え、このスイッチ素子がオンオフ動作することにより直流電源回路から出力された直流電圧を高周波電圧に変換して出力するインバータ回路と；
インバータ回路の出力間に直列的に接続されたインダクタおよび共振用コンデンサを有してなり、前記高周波電圧に応じて共振する共振回路と；
前記共振用コンデンサの両端間に接続され、共振回路の共振作用によって点灯する放電ランプと；
放電ランプの両端間電圧を検出するランプ電圧検出回路と；
始動電圧印加時に、共振回路の固有共振周波数の逆数の１倍から６倍の時間範囲内に設定した一定時間毎に、スイッチングの特定位相における放電ランプの両端間電圧をランプ電圧検出回路から入力して、入力した放電ランプの両端間電圧が目標値に近づくようにスイッチ素子のオンオフ周波数を制御する制御回路と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
スイッチングの特定位相は、スイッチ素子がオンしている期間の１／２が経過した時点とすることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置と；
この放電ランプ点灯装置を配設している照明器具本体と；
を具備していることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプを高周波点灯する放電ランプ点灯装置およびこの放電ランプ点灯装置を配設する照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプは、インバータ回路の出力間に接続されたインダクタおよび共振用コンデンサを有してなる共振回路の共振作用によって点灯する。そして、蛍光ランプは、フィラメント電極が予熱される予熱状態、フィラメント電極間に始動電圧が印加される始動状態および所定のランプ電力で点灯される点灯状態に順次制御されている。この制御は、例えばインバータ回路のスイッチ素子のオンオフ周波数を順次切り換えて行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３２７１１６号公報（第８頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
始動時には、共振回路の共振作用により所定の始動電圧が発生するように、インバータ回路のスイッチ素子を所定のオンオフ周波数に制御している。このとき、特に、予熱状態から始動状態に切り換えた直後に、始動電圧にオーバーシュートが発生することがあった。回路部品の耐久性の観点から、始動時のオーバーシュートの抑制が望まれている。
【０００４】
本発明は、始動電圧のオーバーシュートを抑制する放電ランプ点灯装置およびこの放電ランプ点灯装置を配設する照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の放電ランプ点灯装置の発明は、直流電源回路と；スイッチ素子を備え、このスイッチ素子がオンオフ動作することにより直流電源回路から出力された直流電圧を高周波電圧に変換して出力するインバータ回路と；インバータ回路の出力間に直列的に接続されたインダクタおよび共振用コンデンサを有してなり、前記高周波電圧に応じて共振する共振回路と；前記共振用コンデンサの両端間に接続され、共振回路の共振作用によって点灯する放電ランプと；放電ランプの両端間電圧を検出するランプ電圧検出回路と；始動電圧印加時に、共振回路の固有共振周波数の逆数の１倍から６倍の時間範囲内に設定した一定時間毎に、スイッチングの特定位相における放電ランプの両端間電圧をランプ電圧検出回路から入力して、入力した放電ランプの両端間電圧が目標値に近づくようにスイッチ素子のオンオフ周波数を制御する制御回路と；を具備していることを特徴とする。
【０００６】
本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
【０００７】
「特定位相」とは、スイッチ素子のオン時間に対して特定の割合が経過したタイミングである。
【０００８】
共振回路の固有共振周波数（ｆ０）は、ｆ０＝１／（２π（ＬＣ）１／２）の計算式で算出される。ここで、Ｌはインダクタのインダクタンス値、Ｃは共振用コンデンサのキャパシタンス値である。
【０００９】
一定時間は、共振回路の固有共振周波数をｆ０とすると、１／ｆ０〜６／ｆ０の時間内に設定される。一定時間が１／ｆ０を下回ると、制御回路に高速のＣＰＵなどを用いる必要があるので実用的でない。また、一定時間が６／ｆ０を上回ると、スイッチ素子のオンオフ周波数が変更されてから次に変更されるまでの時間が長くなるので、共振回路の共振電圧が大きく振動する。特に、予熱時制御から始動時制御に制御状態が変更されたときに、始動電圧にオーバーシュートが発生することが確認された。
【００１０】
本発明によれば、制御回路は、始動時、ランプ電圧検出回路から入力した放電ランプの両端間電圧が目標値に近づくように、一定時間毎に、インバータ回路のスイッチ素子のオンオフ周波数を変更させる。そして、共振回路の固有共振周波数をｆ０とすると、一定時間を１／ｆ０〜６／ｆ０の時間内に設定することにより、放電ランプの両端間電圧（始動電圧）にオーバーシュートが発生しにくいことが確認された。
【００１１】
請求項２に記載の放電ランプ点灯装置の発明は、請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、スイッチングの特定位相は、スイッチ素子がオンしている期間の１／２が経過した時点とすることを特徴とする。
【００１２】
スイッチ素子がオンしている期間のうち、１／２が経過した時点における放電ランプの両端間電圧の値は、ほぼピーク値になっている。
【００１３】
本発明によれば、放電ランプは、始動電圧の瞬時値が十分であれば始動する。瞬時値のうち、最も高いピーク電圧値を検出、制御することで、確実に始動する電圧を放電ランプに印加することができる。
【００１４】
請求項３に記載の照明器具の発明は、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置と；この放電ランプ点灯装置を配設している照明器具本体と；を具備していることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置を有する照明器具が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、始動時、始動電圧が目標値に近づくようにインバータ回路のスイッチ素子のオンオフ周波数を変更させる時間間隔を共振回路の固有共振周波数の逆数の１〜６倍の時間内に設定することにより、始動電圧のオーバーシュートの発生が抑制されるので、回路部品に対するストレスを防止することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、スイッチ素子がオンしている期間の１／２が経過した時点の放電ランプの両端間電圧を入力するので、放電ランプを確実に始動できる始動電圧を放電ランプに印加することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置を有する照明器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２０】
図１ないし図６は、本発明の第１の実施形態を示し、図１は放電ランプ点灯装置の概略回路図、図２はインバータ回路から出力される高周波電圧に対する共振回路の周波数特性を示し（ａ）は出力電圧の変化図、（ｂ）は位相の変化図、図３はスイッチ素子のオンオフ動作に対する共振電圧の変化図、図４は制御回路のインバータ回路に対する制御のフロー図、図５は制御回路の始動電圧印加時における動作のフロー図、図６はスイッチ素子の制御の時間間隔に対する始動電圧の変化図である。
【００２１】
図１において、放電ランプ点灯装置１は、直流電源回路２、インバータ回路３、共振回路４、放電ランプとしての蛍光ランプ５、ランプ電圧検出回路６、制御回路としてのインバータ回路用制御回路７を有して構成されている。
【００２２】
直流電源回路２は、直流電圧発生回路８およびチョッパ回路９からなっている。直流電圧発生回路８は、整流装置１０およびフィルター用のコンデンサＣ１を有してなり、商用交流電源Ｖｓの交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧をコンデンサＣ１の両端間に出力する。また、コンデンサＣ１の負極側は、コンデンサＣ２を介してアースＥに接続されている。
【００２３】
チョッパ回路９は、コンデンサＣ１の両端間に接続されたインダクタＬ１および電界効果トランジスタＦＥＴ１の直列回路と、電界効果トランジスタＦＥＴ１の両端間に接続されたダイオードＤ１および平滑用コンデンサＣ３の直列回路を有して構成されている。そして、電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲートは、チョッパ回路用制御回路１１に接続されている。
【００２４】
チョッパ回路用制御回路１１は、電界効果トランジスタＦＥＴ１をオンオフ動作させ、コンデンサＣ１の両端間に発生した直流電圧を昇圧する。これにより、平滑用コンデンサＣ３の両端間に所定の直流電圧が発生する。平滑用コンデンサＣ３の両端間電圧は、インバータ回路３の入力電圧として出力される。
【００２５】
そして、インバータ回路３は、平滑用コンデンサＣ３の両端間に接続されたスイッチ素子としての電界効果トランジスタＦＥＴ２および電界効果トランジスタＦＥＴ３の直列回路を有して構成されている。電界効果トランジスタＦＥＴ２および電界効果トランジスタＦＥＴ３のそれぞれのゲートは、駆動回路１２に接続されている。
【００２６】
電界効果トランジスタＦＥＴ２および電界効果トランジスタＦＥＴ３のそれぞれのゲートには、駆動回路１２から駆動電圧（パルス電圧）が交互に供給される。これにより、電界効果トランジスタＦＥＴ２および電界効果トランジスタＦＥＴ３が交互にオンオフ動作する。このオンオフ動作により、チョッパ回路９から出力された直流電圧は、高周波電圧に変換され、電界効果トランジスタＦＥＴ３のドレイン、ソース間に出力される。電界効果トランジスタＦＥＴ３のドレイン、ソース間は、インバータ回路３の出力間となっている。
【００２７】
インバータ回路３の出力間には、蛍光ランプ５のフィラメント電極５ａ，５ｂを介して、直列的に接続された直流カット用コンデンサＣ４、インダクタＬ２および共振用コンデンサＣ５を有する共振回路４が接続されている。そして、共振用コンデンサＣ５は、蛍光ランプ５の非電源側のフィラメント電極５ａ，５ｂ間に接続されている。
【００２８】
共振回路４は、電界効果トランジスタＦＥＴ３のドレイン、ソース間に出力された高周波電圧により共振する。そして、蛍光ランプ５は、共振回路４の共振作用によって点灯する。すなわち、蛍光ランプ５の予熱時に、蛍光ランプ５のフィラメント電極５ａ，５ｂが共振電流によりそれぞれ予熱され、始動電圧印加時に、フィラメント電極５ａ，５ｂ間に高電圧の共振電圧（始動電圧）が印加され、点灯時に、所定の共振電圧（点灯電圧）が印加される。
【００２９】
共振回路４の直流カット用コンデンサＣ４の容量は、０．０６８μＦであり、インダクタＬ２のインダンタンス値は、０．９１３ｍＨであり、共振用コンデンサＣ５の容量は、７５００ｐＦとなっている。したがって、共振回路４の固有共振周波数（ｆ０）は、ｆ０＝１／（２π（ＬＣ）１／２）の計算式により、６４．１ｋＨｚである。ここで、ＬはインダクタＬ２のインダクタンス値、Ｃは共振用コンデンサＣ５および直流カット用コンデンサＣ４のそれぞれのキャパシタンス値の合計である。直流カット用コンデンサＣ４の容量は、共振用コンデンサＣ５の容量よりも非常に大きいので、前記計算式に算入しなくてもよい。
【００３０】
図２に、インバータ回路３から出力される高周波電圧に対する共振回路４の周波数特性を示す。図２（ａ）は、共振用コンデンサＣ５の両端間電圧、すなわち蛍光ランプ５の両端間電圧の変化図であり、図２（ｂ）は同じく位相の変化図である。
【００３１】
そして、図３に、電界効果トランジスタＦＥＲ３のオンオフ動作に対する蛍光ランプ５の始動電圧印加時の共振電圧（蛍光ランプ５の両端間電圧）の変化を示す。電界効果トランジスタＦＥＴ３の特定位相の１／２付近または１／２が経過した時点は、共振電圧（蛍光ランプ５の両端間電圧）のピーク値となっている。特定位相の１／２付近の共振電圧（蛍光ランプ５の両端間電圧）は、急激な変化ではない。始動時の共振電圧は、蛍光ランプ５を点灯させる始動電圧となっている。
【００３２】
図１において、ランプ電圧検出回路６は、蛍光ランプ５の電源側のフィラメント電極５ａ，５ｂ間に接続された抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の直列回路と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路（ＡＤＣ）１３により構成されている。Ａ／Ｄ変換回路１３は、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の直列回路により検出された蛍光ランプ５の両端間電圧をデジタル値に変換してインバータ回路用制御回路７の主制御部１４に出力する。
【００３３】
インバータ回路用制御回路７は、主制御部１４、記憶部１５および駆動信号生成部１６を有して構成されている。主制御部１４は、各種演算処理を行うＣＰＵ、プログラムが格納されたＲＯＭおよび各種データが記憶されているＲＡＭなどを具備し、プログラムに基づいて電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数を算出するなど、各種演算を行う。記憶部１５は、主制御部１４に入力された蛍光ランプ５の両端間電圧、始動電圧の目標値および電界効果トランジスタのＦＥＴ２，ＦＥＴ３オンオフ周波数を変更させる時間間隔（一定時間）などを記憶する。駆動信号生成部１６は、主制御部１４が演算した電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数に基づいて、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をオンオフ動作させる駆動信号（制御信号）を駆動回路１２に送出する。
【００３４】
そして、インバータ回路用制御回路７（主制御部１４）は、商用交流電源Ｖｓが投入されると動作を開始して、図４に示すように、初期化処理した後、予熱時制御、始動電圧印加時制御および点灯時制御の順序でインバータ回路３の電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ動作を制御する。すなわち、予熱時制御においては、蛍光ランプ５のフィラメント電極５ａ，５ｂに適正な予熱電流（共振電流）が流れるように、始動電圧印加時制御においては、フィラメント電極５ａ，６ｂ間に目標値の始動電圧が印加されるように、点灯時制御においては、フィラメント電極５ａ，５ｂ間に所定のランプ電流が流れるように、それぞれ異なるオンオフ周波数で電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ動作を制御する。
【００３５】
そして、主制御部１４は、始動電圧印加時制御において、蛍光ランプ５のフィラメント電極５ａ，５ｂ間に印加される両端間電圧（始動電圧）が目標値に近づくように、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数を演算する。
【００３６】
図５において、主制御部１４は、電界効果トランジスタＦＥＴ３がオンしている期間の１／２が経過した時点の特定位相（図３に示す。）における蛍光ランプ５の両端間電圧をランプ電圧検出回路６からサンプリング（入力）する（ステップＳ１）。前記１／２が経過した時点の特定位相での蛍光ランプ５の両端間電圧は、図３に示すように、ほぼピーク値であって、急激な変化をしていない。したがって、ランプ電圧検出回路６での検出誤差が小さく、始動電圧の目標値とするのに適している。すなわち、ピーク値の付近は、電圧値が大きいので、ランプ電圧検出回路６が検出して主制御部１４に入力された蛍光ランプ５の両端間電圧と目標値との比較が行いやすくなる。
【００３７】
そして、主制御部１４は、サンプリングした蛍光ランプ５の両端間電圧と目標値を比較して、両端間電圧が目標値に近づくように、すなわち両端間電圧と目標値との差分が零に近づくように、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数を算出する（ステップＳ２）。この後、始動電圧印加時制御の終了条件が成立しているか否かの判断が行われる（ステップＳ３）。すなわち、蛍光ランプ５が点灯しているか、始動電圧の印加時間が所定時間を超えているかなどが判断される。
【００３８】
そして、終了条件が終了していないと、主制御部１４は、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数をステップＳ２で算出したオンオフ周波数に変更させる（ステップＳ４）。電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３は、変更されたオンオフ周波数でオンオフ動作するようになり、インバータ回路３から出力される高周波電圧が変化し、共振回路４の共振電圧が変化して、蛍光ランプ５の両端間電圧（始動電圧）が変化する。以下、ステップＳ１〜ステップＳ４が繰り返され、ステップＳ３において、終了条件が成立すると、主制御部１４は、点灯時制御に移行する。
【００３９】
上述のように、主制御部１４は、電界効果トランジスタＦＥＴ３の特定位相における蛍光ランプ５の両端間電圧をランプ電圧検出回路６から入力して、入力した蛍光ランプ５の両端間電圧が目標値に近づくように、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数を変更させる。そして、本発明者は、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数を変更させる時間間隔（一定時間）が共振回路４の共振周波数ｆ０の逆数（１／ｆ０）の１ないし６倍の時間範囲内に設定されると、蛍光ランプ５の両端間電圧（始動電圧）にオーバーシュートが発生しにくいことを見出した。
【００４０】
図１に示す放電ランプ点灯装置１において、共振回路４の共振周波数ｆ０は、６４．１ｋＨｚであるので、その逆数（１／ｆ０）は、１５．６μｓとなる。前記時間間隔（一定時間）が１６μｓ〜９４μｓの時間内に設定されると、始動電圧にオーバーシュートが発生しにくいものである。
【００４１】
図６に、予熱時制御から始動電圧印加時制御に切り換えた後の始動電圧（蛍光ランプ５の両端間電圧）の変化を示す。図６（ａ）は前記時間間隔が２０μｓのときであり、図６（ｂ）は同じく５０μｓ、図６（ｃ）は同じく１００μｓのときである。前記時間間隔が２０μｓ、５０μｓのときは、始動電圧がオーバーシュートすることなく、目標値に近づいて一定に制御された。一方、前記時間間隔が前記（１／ｆ０）の６倍（９４μｓ）を上回る１００ｓのときは、予熱時制御から始動電圧印加時制御に切り換えた直後に、始動電圧にオーバーシュートが現れた。
【００４２】
上述したように、インバータ回路用制御回路７は、予熱時制御から始動電圧印加時制御に移行すると、ランプ電圧検出回路６から入力した蛍光ランプ５の両端間電圧が目標値に近づくように、一定時間毎に、インバータ回路３の電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のオンオフ周波数を変更させる。そして、一定時間を、共振回路４の固有共振周波数（ｆ０）の逆数（１／ｆ０）の１ないし６倍（１／ｆ０〜６／ｆ０）の時間内に設定することにより、蛍光ランプ５のフィラメント電極５ａ，５ｂ間に印加される始動電圧にオーバーシュートが発生しにくくなる。したがって、蛍光ランプ５の始動時に、回路部品に対するストレスを防止することができる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４４】
図７は、本発明の第２の実施形態を示す照明器具の外観図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００４５】
図７に示す照明器具１７は、天井などの造営物に設置される直付け照明器具であり、照明器具本体１８が造営物に取り付けられている。照明器具本体１８は、反射面１９ａを有するカバー１９を配設し、その両端に一対のランプソケット２０，２０が設けられている。また、照明器具本体１８は、カバー１９内に放電ランプ用点灯装置２１を配設している。放電ランプ用点灯装置２１は、図１に示す放電ランプ点灯装置１において、蛍光ランプ５が除去されたものである。そして、蛍光ランプ５は、ランプソケット２０，２０に装着されている。
【００４６】
蛍光ランプ５を点灯させるときに、始動電圧にオーバーシュートが発生しにくい放電ランプ点灯装置１を配設する照明器具１７を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す放電ランプ点灯装置の概略回路図。
【図２】同じく、インバータ回路から出力される高周波電圧に対する共振回路の周波数特性を示し（ａ）は出力電圧の変化図、（ｂ）は位相の変化図。
【図３】同じく、スイッチ素子のオンオフ動作に対する共振電圧の変化図。
【図４】同じく、制御回路のインバータ回路に対する制御のフロー図。
【図５】同じく、制御回路の始動電圧印加時における動作のフロー図。
【図６】同じく、スイッチ素子の制御の時間間隔に対する始動電圧の変化図。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す照明器具の外観図。
【符号の説明】
【００４８】
１…放電ランプ点灯装置
２…直流電源回路
３…インバータ回路
４…共振回路
５…放電ランプとしての蛍光ランプ
６…ランプ電圧検出回路
７…制御回路としてのインバータ回路用制御回路
１７…照明器具
１８…照明器具本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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